Vad är skillnaden mellan sterisk stam och torsionsbelastning?

TL; DR Torsionsspänning kan betraktas som avstötning på grund av elektrostatiska krafter mellan elektroner i intilliggande MO. Under tiden kan sterisk stam (även känd som van der Waals-stam) ses som avstötning när två skrymmande grupper som inte är direkt bundna till varandra blir för nära varandra och därför finns det inte tillräckligt med utrymme för dem.

Här är den mer detaljerade versionen.

Torsionsstam

Låt oss överväga en etanmolekyl. CC sigma-bindningen är fri att rotera och i princip finns det ett oändligt antal möjliga konformationer. Men bara 2 är signifikanta, dessa är förskjutna och förmörkade konformationer. Olika konformatorer ritas vanligtvis som Newman-projiceringar som de kan enkelt jämföras med varandra. Nedan visas Newman-projektionerna för den förmörkade och förskjutna konformatorn:

Den förskjutna överensstämmaren är den mest stabila överensstämmaren medan den förmörkade överensstämmaren är den minst stabila överensstämmaren. former är ungefär $ \ mathrm {12 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ mer stabil än den förmörkade konformern. Denna energidifferens mellan dessa maxima och minima är känd som torsionsbarriär .

Så vad är torsionsspänning? Anledningen till att förmörkelsekonformern är högre energi än någon annan överensstämmelse beror på destabiliserande elektrostatisk avstötning mellan elektronparen i C-H sigma-bindningarna på de två kolerna. Dessutom finns det också en stabiliserande egenskap som är större i den förskjutna konformern. I den förskjutna konformern finns en konstruktiv orbital interaktion som involverar bindning och anti-bindande MO för de intilliggande H-atomerna. Detta resulterar i hyperkonjugering som stabiliserar föreningen.

De två effekterna Jag har nämnt ovan är vad torsionsspänning hänvisar till. Så du kan tänka på torsionsspänning som den stam som är resultatet av elektrostatiska krafter.

Sterisk stam

Nu kan vi överväga butan. Rotation av $ \ mathrm {C_2-C_3} $ sigma-obligationen leder också till oändliga möjliga anpassningar. Det finns dock fyra huvudkonformatorer nedan:

Här finns två typer av förmörkade överensstämmelser som är minst stabila av överensstämmerna. Den mest instabila är känd som förmörkad synform . Synformen är ungefär $ \ mathrm {20 ~ kJ ~ mol ^ {- 1}} $ högre i energi än den förskjutna konformern. Anledningen till detta kan delvis tillskrivas torsionsspänning eftersom det finns avstötning mellan elektronerna i sigma-bindningsorbitalerna. Emellertid kan det till stor del tillskrivas avstötningen av de två relativt skrymmande metylgrupperna eftersom de blir för nära varandra och det inte finns tillräckligt med utrymme för dem.

Denna avstötning kallas sterisk stam. Därför kan sterisk stam definieras som avstötningen som uppstår när icke-bundna grupper som inte är direktbundna närmar sig varandra för nära. Detta avstötning existerar endast för skrymmande substituenter, såsom metyl- eller etylgrupper. Så i etan finns inget steriskt hinder eftersom väteatomerna inte är så skrymmande.

Kommentarer

• Trevligt svar och snygg streckad linje längst ned till höger på Newmans projektionsbild;)
• Det ' är troligen bra att peka på några fler saker också. Torsionsspänning definieras som inte existerande när konformationerna är förskjutna, så det finns tekniskt ingen vridning stam vid 60, 120 och 180. Torsionsstam existerar också bara mellan atomer åtskilda av tre bon ds, såsom väten i CH3-CH3, närmare bestämt är dessa tre bindningar H-CH2-CH2-H. Sterisk stam existerar endast i atomer åtskilda av fyra eller flera bindningar, såsom i propan (H-CH2-CH2-CH2-H). Det ' är förmodligen mer användbart att överväga bindningar på mer än fyra, såsom butan.
• Uteslutande effekten av MO konstruktiv interferens, gör båda torsionsspänningarna och sterisk stam uppstår från elektrostatisk avstötning?När du säger att sterisk stam kommer från avstötningen av skrymmande grupper eftersom det inte finns tillräckligt med utrymme för dem, är det också en avstötning mellan elektronerna i dessa grupper, eller hur? Om du ignorerade MO-interferensdelen, skulle det vara lämpligt att betrakta sterisk stam som på ett sätt en ytterligare torsionsbelastning, som det var?
• Tack för det fantastiska svaret. För att svara på lightweaver ' s fråga, ja, det kommer också att finnas elektronavstötning eftersom de två skrymmande grupperna ' fyllda sigma-bindningsorbitaler kommer varandra och känna en " fylld fylld " 4 e-interaktion som liknar MO-illustrationen ovan.

För enkelhetens skull torsionsstam definieras som den belastning som upplevs av bindningarna när konformationer inte är förskjutna. Så, i någon annan vinkel än 60, 120 eller 180, finns torsionsspänning. Dessutom är torsionsstam kan bara någonsin existera i atomer åtskilda av endast tre bindningar .

Därför upplever väten i etan bara torsionsstammar, och det är noll (tekniskt minimerat) när det ”s förskjutna.

Sterisk stam existerar endast i molekyler som har fyra eller flera bindningar, eftersom sterisk stam definieras som avstötningen som känns mellan atomer vid fyra eller flera bindningar separerade från varandra tvingas närmare än deras van der Waals-radie vanligtvis tillåter.

I butan nedan finns torsionsstam mellan de två centrala kolerna och vätena från varje central metylengrupp. Emellertid upplever atomer åtskilda av fyra eller flera bindningar sterisk stam. Steriskt hinder kommer aldrig att vara noll, men det kan minimeras när atomerna separeras med så mycket utrymme som möjligt.

Kommentarer

• Hur energi ökar om inget tillför molekylen energi? Det bryter mot lagen om bevarande av energi.